DE29801364U1

DE29801364U1 - Betätigungskolben für eine hydraulisch und mechanisch betätigbare Teilbelag-Scheibenbremse

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Publication number: DE29801364U1
Application number: DE29801364U
Authority: DE
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2008-01-29
Also published as: SK11202000A3; EP1049887B1; WO1999039113A1; JP3769188B2; JP2002507702A; BR9908532A; DE59909470D1; ES2220038T3; EP1049887A1

Description

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Betätigungskolben für eine hydraulisch und mechanisch betätigbare Teilbelag-Scheibenbremse

Die Erfindung betrifft einen Betätigungskolben für eine hydraulisch und mechanisch betätigbare Teilbelag-Scheibenbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Scheibenbremsen dieser Art werden für eine Betriebsbremsung üblicherweise hydraulisch betätigt, beispielsweise durch einen Tritt auf das Bremspedal einer Fahrzeugbremsanlage, sie können jedoch auch als Feststellbremse (sog. Handbremse) dienen und hierzu mechanisch betätigt werden, z.B. durch einen Handbremshebel oder ein separates Feststellbremspedal. Bei Scheibenbremsen der genannten Art läßt sich demnach der oft auch als Bremskolben bezeichnete Betätigungskolben einerseits mittels Hydraulikdruck und andererseits durch eine rein mechanische Einrichtung gegen den bzw. die Bremsbeläge pressen, um die für eine Bremsung bzw. ein Feststellen erforderliche Zuspannkraft zu erzielen.

Die EP 0 403 635 Bl beschreibt eine solche Scheibenbremse, bei der während einer Nutzung als Feststellbremse die Zuspannkraft über einen dem Ausgleich von Bremsbelagverschleiß dienenden Nachstellmechanismus auf den Betätigungskolben übertragen wird. Kritisch hinsichtlich der Belastung ist dabei eine Konuskupplung, die von einem konischen Flansch eines Strebenteiles des Nachstellmechanismus und einer am Betätigungskolben ausgebildeten, komplementären Konusfläche gebildet wird. Neben der axialen Weiterleitung der Zuspannkraft von dem Nachstellmechanismus auf den Betätigungskolben soll die Konuskupplung auch ein Verdrehen der beiden genannten Teile relativ zueinander verhindern. Lediglich bei einem Ausgleich von Belagverschleiß durch den Nachstellmechanismus soll ein leichtes Verdrehen der Kupplungsflächen gegeneinander möglich sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zum Einsatz in einer Bremse der genannten Art geeigneten Betätigungskolben bereitzustellen, der leichter als herkömmlich verwendete Betätigungskolben ist. Insbesondere soll der bereitzustellende

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Betätigungskolben bei geringerem Gewicht hohe Axialkräfte übertragen, eine geringe radiale Aufweitung aufweisen und einer Reibverschleißbeanspruchung der kraftübertragenden Konusfläche standhalten können.
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Ausgehend von dem Betätigungskolben einer gattungsgemäßen Teilbelag-Scheibenbremse ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die axialkraftübertragende Konusfläche umfassende Teil des Betätigungskolbens aus Stahl und der mit der Zylinderbohrung der Scheibenbremse zusammenwirkende Teil des Betätigungskolbens aus Leichtmetall oder aus Kunststoff besteht, und daß die genannten Teile des Betätigungskolbens als einstückiges Verbundbauteil ausgeführt sind. Die erfindungsgemäße Materialpaarung Stahl/Leichtmetall bzw. Stahl/Kunststoff ermöglicht es im Verein mit der Ausführung des Betätigungskolbens als einstückiges Verbundbauteil, die hohen Axialkräfte in der Größenordnung von zwei Tonnen trotz des signifikant verringerten Betätigungskolbengewichts einwandfrei zu übertragen. Die Ausbildung der axialkraftübertragenden Konusfläche aus Stahl widersteht darüber hinaus einer Reibverschleißbeanspruchung sehr gut.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungskolbens ist das die axialkraftübertragende Konusfläehe umfassende Stahlbauteil als in dem Kunststoff- oder Leichtmetallteil aufgenommener, hohlzylindrischer Einsatz ausgebildet. Dies sichert bei äußerst gewichtssparender Konstruktion eine gute Weiterleitung der Axialkräfte durch den Betätigungskolben.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betätigungskolbens ist das die axialkraftübertragende Konusfläche umfassende Stahlbauteil als in dem Kunststoff- oder Leichtmetallteil aufgenommener, im wesentlichen topfförmiger Einsatz ausgestaltet, der einen Teil der Stirnfläche des Betätigungskolbens bildet, die einer Bremsscheibe zugewandt ist. Bei gegenüber der vorgenannten Ausführungsform geringfügig erhöhtem Gesamtgewicht hat die zuletzt genannte Ausführungsform

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den Vorteil, daß auch bei einer hydraulischen Betätigung nahezu alle axialen Zuspannkräfte über den topfförmigen Einsatz auf den Bremsbelag übertragen werden, woraus sich eine Entlastung des mechanisch weniger stabilen Kunststoff- oder Leichtmetallteils des erfindungsgemäßen Betätigungskolbens ergibt.

Vorzugsweise ist das die axialkraftübertragende Konusfläche aufweisende Stahlbauteil eines erfindungsgemäßen Betätigungskolbens dann, wenn das mit der Zylinderbohrung der Scheibenbremse zusammenwirkende Bauteil des Betätigungskolbens aus Leichtmetall besteht, in das Leichtmetall eingegossen oder von dem Leichtmetall umspritzt. Besteht das mit der Zylinderbohrung der Scheibenbremse zusammenwirkende Bauteil des Betätigungskolbens aus Kunststoff, so ist das Stahlbauteil bevorzugt vom Kunststoff umspritzt oder ebenfalls in den Kunststoff eingegossen. Das Umspritzen oder Eingießen des Stahlbauteiles in das Kunststoff- oder Leichtmetallbauteil führt zu einer äußerst innigen und damit stabilen Verbindung der beiden genannten Bauteile des erfindungsgemäßen Betätigungskolbens. Alternativ läßt sich die Verbindung der beiden genannten Teile zu einem, einstückigen Verbundbauteil beispielsweise auch durch eine Verklebung oder Verpressung erzielen.

Um die Stabilität der Verbindung der beiden vorgenannten Teile noch weiter zu erhöhen, ist gemäß einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betätigungskolbens das Stahlbauteil auf einer Außenumfangsflache mit formschlüssigen Vorsprüngen versehen. Die formschlüssigen Vorsprünge können beispielsweise als umlaufende Axialverzahnung ausgebildet sein. Andere Arten von Vorsprüngen sind jedoch ebenfalls geeignet, z.B. eine Kreuzrändelung der Außenumfangsflache.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betätigungskolbens weist das Stahlbauteil auf einer der axialkraftübertragenden Konusfläche axial gegenüberliegenden Seite zumindest eine großzügig bemessene, radiale Ringfläche auf. Die bei der Übertragung einer hohen Axialkraft am Übergang zwischen dem Stahlteil und dem Kunststoff- oder Leichtmetallteil entste-

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hende Materialbeanspruchung (insbesondere Materialpressung) des Leichtmetall- oder Kunststoffteils wird auf diese Weise deutlich herabgesetzt.

Neben dem erfindungsgemäßen Betätigungskolben betrifft die

vorliegende Erfindung auch eine mit einem solchen Betätigungskolben ausgestattete Teilbelag-Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, deren Gewicht aufgrund der Verwendung des erfindungsgemäßen Betätigungskolbens verringert ist.
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Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Betätigungskolbens werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betätigungskolbens im Längsschnitt; und

Fig. 2 ein abgewandeltes, zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betätigungskolbens ebenfalls im Längsschnitt.

Ein in Fig. 1 dargestellter Betätigungskolben 10 einer weiter nicht dargestellten Teilbelag-Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge hat eine Mantelfläche 12, mit der der Betätigungskolben 10 in einer Zylinderbohrung der Scheibenbremse abdichtend und axial gleitend geführt ist.

Mit einer Stirnfläche 14 liegt der Betätigungskolben 10 an der Trägerplatte eines Bremsbelags der Scheibenbremse an, um letzteren gegen die Bremsscheibe pressen zu können. Dies kann einerseits durch Hydraulikdruck und andererseits durch ein rein mechanisches Anpressen des Betätigungskolbens 10 geschehen. Üblicherweise wird bei Scheibenbremsen, die sowohl ein hydraulisches als auch ein rein mechanisches Anpressen des Betätigungskolbens 10 erlauben, der Betätigungskolben 10 bei einer normalen Betriebsbremsung hydraulisch und bei einer Verwendung als Feststellbremse rein mechanisch in Richtung auf die Bremsscheibe verschoben bzw. gegen die Trägerplatte des Bremsbelages

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gepreßt. Die genaue Funktion solcher Scheibenbremsen ist Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt und wird deshalb hier nicht näher erläutert. Hingewiesen wird auf die EP 0 403 635 Bl, in der die Funktion einer Scheibenbremse mit hydraulischer und rein mechanischer Verschiebung eines Betätigungskolbens detailliert beschrieben ist.

Ein innerer Hohlraum 16 des Betätigungskolbens 10 nimmt zumindest einen Teil eines Nachstellmechanismus auf, der dazu dient, eine Abnutzung der Reibbeläge der Scheibenbremse auszugleichen, indem der Betätigungskolben 10 entsprechend des Verschleißes in Richtung auf die Bremsscheibe nachgeführt wird, so daß bei Verwendung der Scheibenbremse als Feststellbremse der zum Zuspannen notwendige Betätigungsweg trotz mehr und mehr abgenutzter Reibbeläge im wesentlichen gleich bleibt.

Beim mechanischen Zuspannen wird die Axialkraft über eine Konusfläche 18 in den Betätigungskolben 10 eingeleitet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist diese axialkraftübertragende Konusfläehe 18 an einem hohlzylindrischen Stahlbauteil 20 ausgebildet, das in ein aus Kunststoff- oder Leichtmetall bestehendes Bauteil 22 eingebettet ist, das den übrigen Teil des Betätigungskolbens 10 und insbesondere den mit der Zylinderbohrung der Scheibenbremse zusammenwirkenden Teil desselben bildet. Das Stahlbauteil 20 ist in das Leichtmetall- oder Kunststoffbauteil 22 eingegossen, so daß die beiden Bauteile 20 und 22 ein einstückiges Verbundbauteil bilden. Besteht das Bauteil 22 aus Kunststoff, kann alternativ das Stahlbauteil 20 auch von dem Kunststoffbauteil 22 umspritzt sein.

Zur materialschonenden Übertragung von Axialkräften, die über die Konusfläche 18 in den Betätigungskolben 10 eingeleitet werden, weist das Stahlbauteil 20 auf einer der Konusfläche 18 axial gegenüberliegenden Seite eine großzügig bemessene radiale Ringfläche 24 sowie eine etwas kleiner bemessene radiale Ringfläche 2 6 auf. Nahezu alle umlaufenden Kanten des Stahlbauteiles 20, die sich im Kunststoff- oder Leichtmetallbauteil 22

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befinden, sind stark verrundet ausgeführt, um jegliche Kerbwirkung zu vermeiden.

Als Werkstoff für das Stahlbauteil 20 wird ein X12CrNiS 18.8 Stahl (Werkstoffnr. 1.4305) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 17 bis 18 &khgr; 10~⁶ m/(m &khgr; K) und als Werkstoff für das Leichtmetallbauteil 22 eine AlSi7 (Werkstoffnr. 3.2371) Legierung bis zu einer AlSil2 (Werkstoffnr. 3.2581) Legierung verwendet, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von

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24 bzw. 21 &khgr; 10 m/(m &khgr; K) besitzt. Beim Einsatz der genannten Werkstoffe spielt im interessierenden Temperaturbereich die unterschiedliche thermische Dehnung aufgrund der relativ nahe beieinanderliegenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien nur eine untergeordnete Rolle.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Betätigungskolbens 10, welches sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß das als Einsatz ausgebildete Stahlbauteil 20 nicht hohlzylindrisch, sondern topfförmig ist und bis in die Stirnfläche 14 des Betätigungskolbens 10 reicht. Die Übertragung von Axialkräften durch den Betätigungskolben 10 auf einen hier nicht dargestellten Bremsbelag gestaltet sich beim zweiten Ausführungsbeispiel noch vorteilhafter, da eine über die Konusfläche 18 eingeleitete Axialkraft nahezu ausschließlich direkt durch das Stahlbauteil 20 auf den Bremsbelag übertragen werden kann. Das Leichtmetall- oder Kunststoffbauteil 22 ist dadurch entlastet.

Zur noch stabileren Gestaltung der innigen Verbindung zwischen dem Stahlbauteil 20 und dem Leichtmetall- oder Kunststoffbauteil 22 sind gemäß Fig. 2 auf einer Außenumfangsfläche des Stahlbauteiles 20 eine Reihe formschlüssiger Vorsprünge 28 vorgesehen. Die Vorsprünge 28 können beispielsweise in Form einer um die Außenumfangsflache des Stahlbauteiles 2 0 umlaufenden Axialverzahnung ausgeführt sein. Ebenso kann eine dem Fachmann geläufige Rändelung, z.B. eine Kreuzrändelung, verwendet werden.

Claims

Schutzansprüche

1. Betätigungskolben (10) einer hydraulisch und mechanisch betätigbaren Teilbelag-Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, der in einer Zylinderbohrung der Scheibenbremse abdichtend und verschiebbar angeordnet ist und der eine axialkraftübertragende Konusfläche (18) aufweist, die mit einer entsprechenden Konusfläche einer mechanischen Betätigungseinrichtung der Scheibenbremse zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß

- der die axialkraftübertragende Konusfläche (18) umfassende Teil des Betätigungskolbens (10) aus Stahl und der mit der Zylinderbohrung der Scheibenbremse zusammenwirkende Teil des Betätigungskolbens (10) aus Leichtmetall oder aus Kunststoff besteht, und daß

- die genannten Bauteile des Betätigungskolbens (10) als einstückiges Verbundbauteil ausgeführt sind.

2. Betätigungskolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das die axialkraftübertragende Konusfläche (18) umfassende Stahlbauteil (20) als in dem Kunststoff- oder Leichtmetallbauteil (22) aufgenommener, hohlzylindrischer Einsatz ausgebildet ist.

3. Betätigungskolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das die axialkraftübertragende Konusfläche (18) umfassende Stahlbauteil (20) als in dem Kunststoff- oder Leichtmetallbauteil (22) aufgenommener, im wesentlichen topfförmiger Einsatz ausgestaltet ist, der einen Teil der Stirnfläche des Betätigungskolbens (10) bildet, die einer Bremsscheibe zugewandt ist.

4. Betätigungskolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlbauteil (20) in das Leichtmetall oder den Kunststoff eingegossen oder von dem Leichtmetall oder dem Kunststoff umspritzt ist.

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5. Betätigungskolben nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlbauteil (20) auf einer Außenumfangsflache mit formschlüssigen Vorsprüngen (28) versehen ist.

6. Betatigungskolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlbauteil (20) auf einer der axialkraftubertragenden Konusfläche (18) axial gegenüberliegenden Seite zumindest eine großzügig bemessene, radiale Ringfläche (24) aufweist.

7. Hydraulisch und mechanisch betätigbare Teilbelag-Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge,

gekennzeichnet durch einen Betätigungskolben (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.